v Значение гелей в промышленности

↑

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Влияние лиотропных рядов

Первые члены лиотропного ряда препятствуют набуханию

(поскольку сами имеют большую степень гидратации)

Ионы, начиная с NO₃^–, адсорбируются на молекулы ВМС, привнося собственную гидратную оболочку, что значительно способствует процессу набухания.

Li⁺ > Na⁺ > K⁺ > Rb⁺ > Cs^+.

Давление набухания

При набухании полимеров их объем увеличивается в 10-20 раз и возникает давление набухания, достигающее иногда сотен мегапаскалей.

Уравнение Позняка

k и n - константы, зависящие от природы высокомолекулярного вещества и растворителя;

 с - концентрация сухого ВМС в набухающем студне.    

Свойства гелей

1. Электропроводность высока

Растворитель в геле образует, по существу, непрерывную среду, в которой могут передвигаться ионы различных электролитов.

Гель агар-агара, содержащий KCl, используется как электролитический ключ в гальванических элементах.

KCl применяется, поскольку подвижности ионов К⁺ и CI^- одинаковы и диффузионный потенциал практически равен нулю.

2. Контракция

Объем набухшего геля меньше суммы объемов геля до набухания и поглощенной им жидкости.

Причина - часть поглощенной жидкости связана с молекулами набухшего вещества и находится в более уплотненном (структурированном) состоянии, чем свободная жидкость.

 Структурированная вода обладает

ü большей плотностью;                             

ü пониженной температурой замерзания (до –15°С и ниже);

ü потерей растворяющей способности.

Структура воды в организме приближается к структуре переохлажденной воды (талая, «живая» вода).

В настоящее время развиваются представления о существовании «жидкокристаллических» фаз как основы многих жизненно важных процессов

Связанная вода присутствует в почве, растениях, во всех живых организмах и обеспечивает морозоустойчивость, поддерживает «водные запасы», определяет морфологические структуры клеток и тканей. 

В соответствии с теорией Л.Полинга изменение свойств гидратных комплексов под действием анестетиков

приводит к наркозу.

Аналогичный эффект может быть достигнут простым охлаждением организма.

Доля связанной воды у младенца ~70% и снижается к старости до 40 %.

3. Тиксотропия

процесс обратимого перехода геля в золь при резком механическом воздействии.  

Резкое механическое воздействие на гель приводит к его разжижению.

В живых системах тиксотропия наблюдается при сотрясении мозга.

Поскольку процесс обратим, в состоянии покоя исходные структуры восстанавливаются.

Тиксотропные свойства приписывают таким сложным физиологическим структурам, как протоплазма и мускулатура.

4. Диффузия в гелях

Причина - в концентрированном геле резко возрастает извилистость пути, который должна совершать диффундирующая частица.

В 10%-ном студне желатина коэффициент диффузии электролитов снижается по сравнению с чистой водой в 2 раза, в 30%-ном студне - в 9 раз.

5. Кристаллизация в гелях

Рост кристаллов внутри студней протекает путем медленной диффузии, поэтому в студнях удается выращивать очень крупные кристаллы.

В студне кремниевой кислоты удалось вырастить кристаллы меди, серебра и золота величиной 3 мм!

6. Ритмические реакции (кольца Лизеганга)

Отсутствие конвекционных потоков и перемешивания придает реакциям в студнях своеобразный характер - в различных участках студня реакции проходят независимо друг от друга.

Если один из продуктов реакции - нерастворимое вещество, вместо образования осадка по всему объему в студне будут наблюдаться явления периодического осаждения - кольца Лизеганга.

Чем дальше к периферии чашки или ближе к дну пробирки, тем чередование дисков или колец становится более редким из-за постепенного уменьшения концентрации AgNO₃

K₂Cr₂O₇ + 2AgNO₃ → Ag₂Cr₂O₇ + 2KNO₃

Раствор соли нитрата серебра диффундирует внутрь геля, где и образует осадок Ag₂Сr₂O₇

                                                                          (ПР < ПИ)

В зону выпадения осадка диффундирует К₂Сr₂O₇ из нижнего слоя, поэтому при дальнейшем движении AgNO₃ попадает в зону с недостаточной концентрацией К₂Сr₂O₇, и осадка не образуется

                                             (ПР > ПИ)

Периодические реакции лежат в основе ряда биологических процессов: генерации нервных импульсов, мышечного сокращения, генерации биоритмов, образования почечных и других камней.

7. Иммунодиффузия в гелях.

Диффузионные качества гелей используются для электрофореза белков.

Особенно чувствительными в процессе диффузии в агаровом геле получаются реакции осаждения (преципитации) при взаимодействии белковых фракций (антигенов) с соответствующими антисыворотками (антителами).

Метод Оухтерлони

(определение идентичности двух антигенов в агаровом геле)

а – идентичные антигены;

б – различные антигены

в – частичная идентичность («родственность»).

8. Синерезис - необратимый процесс старения геля.

Сопровождается упорядочением структуры с сохранением первоначальной формы, сжатием сетки и выделением из нее растворителя.

Система до синерезиса

Cистема после синерезиса

Процессы набухания играют важную роль:

1. В кожевенном производстве, производстве изделий из глины.

2. В производстве продовольственных товаров. (хлеб, мясо, сыр, творог, простокваша, мармелад, джем, желе, студень, кисель - типичные студни)

3. В производстве товаров народного потребления: (вискозный и ацетатный шелк, искусственная кожа, резиновые изделия, пластики )

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология